Question

（20分）現(xiàn)有某鐵碳合金，某化學(xué)興趣小組為了測定鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并探究濃硫酸的某些性質(zhì)，設(shè)計(jì)了下圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方案（夾持儀器已省略），請你參與此項(xiàng)活動(dòng)并回答相應(yīng)問題(由實(shí)驗(yàn)裝置引起的實(shí)驗(yàn)誤差忽略不計(jì))。

I. 探究濃硫酸的某些性質(zhì)
(1)按圖示的連接裝置，檢查裝置的氣密性，稱量E的質(zhì)量;
(2)將m g鐵碳合金樣品放入A中，再加入適量的濃硫酸;
(3)點(diǎn)燃酒精燈一段時(shí)間后，A、B中可觀察到明顯的現(xiàn)象:
寫出A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式___________________________________________(任寫一個(gè)); B中的現(xiàn)象是________________________________________，由此可得到濃硫酸具有____________性;C中足量的酸性KMnO₄溶液所起的作用是________________________;
D中盛放的試劑是_______________。
(4)隨著反應(yīng)的進(jìn)行，A中還可能發(fā)生某些離子反應(yīng)。寫出相應(yīng)的離子方程式：
___________________________________(任寫一個(gè))。
Ⅱ.測定鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
(5)待A中不再逸出氣體時(shí)，停止加熱，拆下E并稱重，E增重b g，則鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:___________________________________________（寫表達(dá)式）;
某同學(xué)認(rèn)為：依據(jù)此實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)，計(jì)算合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可能會(huì)偏低，你認(rèn)為可能的原因是_____________________________________________________________________;
(6)經(jīng)過大家的討論，決定采用下列裝置和其他常用實(shí)驗(yàn)儀器測定某些數(shù)據(jù)即可，為了快速和準(zhǔn)確地計(jì)算出鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，最簡便的實(shí)驗(yàn)操作是___________（填寫代號）。

①用排水法測定H₂的體積
②反應(yīng)結(jié)束后，過濾、洗滌、干燥、稱量殘?jiān)�的質(zhì)量
③ 測定反應(yīng)前后裝置和藥品的總質(zhì)量

Answer 1

⑶2Fe＋6H₂SO₄（濃）Fe₂(SO₄)₃＋3SO₂↑＋6H₂O（或C＋2H₂SO₄（濃）CO₂↑＋2SO₂↑＋2H₂O）(2分); 品紅溶液逐漸褪色(2分); 強(qiáng)氧化(2分); 除去CO₂中混有的SO₂(2分)；濃硫酸(2分);　
⑷2Fe^3＋＋Fe=3Fe^2＋（或Fe＋2H^＋=Fe^2＋＋H₂↑，SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺）(2分);
⑸（或(3分)）; 空氣中CO₂、H₂O進(jìn)入E管使b增大(2分)
⑹③(3分)

試題分析：（3）濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，能和鐵或碳在加熱的條件下反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Fe＋6H₂SO₄（濃）Fe₂(SO₄)₃＋3SO₂↑＋6H₂O、C＋2H₂SO₄（濃）CO₂↑＋2SO₂↑＋2H₂O。SO₂具有漂白性，能使品紅溶液褪色，所以B中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是品紅溶液逐漸褪色，這說明濃硫酸被還原生成了SO₂，因此說明濃硫酸具有強(qiáng)氧化性。由于SO₂也是一種酸性氧化物，能干擾CO₂的檢驗(yàn)，所以酸性高錳酸鉀溶液的作用是除去CO₂中混有的SO₂。由于堿石灰也能吸收水蒸氣，所以D裝置的作用是干燥CO₂氣體，所以盛放的試劑是濃硫酸。
（4）由于隨著反應(yīng)的進(jìn)行，稀硫酸的濃度會(huì)逐漸降低，所以有可能生成氫氣。另外如果鐵過量，則氯化鐵還可能氧化剩余的單質(zhì)鐵，同時(shí)也可能氧化生成的SO₂氣體，因此可能的離子方程式是2Fe^3＋＋Fe=3Fe^2＋（或Fe＋2H^＋=Fe^2＋＋H₂↑，SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺）。
（5）E裝置增加的質(zhì)量就是CO₂的質(zhì)量，所以根據(jù)碳原子守恒可知，碳的質(zhì)量是，則則鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。由于空氣中含有水蒸氣和CO₂，也會(huì)加入E裝置中，導(dǎo)致b偏大，所以測定結(jié)果偏低。
（6）由于氣體的體積測量往往受溫度和壓強(qiáng)的影響，不易測量，①不正確，②態(tài)復(fù)雜。在反應(yīng)中碳和稀硫酸不反應(yīng)，只有鐵和稀硫酸反應(yīng)生成氫氣和硫酸亞鐵，所以可以根據(jù)質(zhì)量守恒定律，常用實(shí)驗(yàn)③。
點(diǎn)評：化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，所以有化學(xué)實(shí)驗(yàn)即科學(xué)探究之說法。這些探究性和制備性實(shí)驗(yàn)的試題，綜合性強(qiáng)，理論和實(shí)踐的聯(lián)系緊密，有的還提供一些新的信息，這就要求學(xué)生必須認(rèn)真、細(xì)致的審題，聯(lián)系所學(xué)過的知識和技能，進(jìn)行知識的類比、遷移、重組，全面細(xì)致的思考才能得出正確的結(jié)論。探究性實(shí)驗(yàn)的一般思路是：1.準(zhǔn)確地把握實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.利用已學(xué)知識，分析如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的-－實(shí)驗(yàn)原理；3.結(jié)合實(shí)驗(yàn)材料，初步確定設(shè)計(jì)對策－－實(shí)驗(yàn)方案。